Bài giảng Trí tuệ nhân tạo - Chương 5: Điều Khiển & Cài Đặt cho TK–KGTT - Trần Ngân Bình

Nội dung text: Bài giảng Trí tuệ nhân tạo - Chương 5: Điều Khiển & Cài Đặt cho TK–KGTT - Trần Ngân Bình

1. Chương 5 – Điều Khiển & Cài Đặt cho TK–KGTT Chương 5. p.1
2. Nội Dung ◼ Giải thuật tìm kiếm đệ qui (Recursive-based search) – Có thể cài đặt tìm kiếm sâu với quay lui một cách đệ qui. – Kết hợp phép đồng nhất để tạo ra giải thuật TK hướng mẫu. – Là cơ sở của ngôn ngữ PROLOG. ◼ Giải thuật tìm kiếm hướng mẫu (Pattern search) – Cài đặt tìm kiếm trên đồ thị Và/Hoặc – Tách biệt tri thức giải quyết vấn đề khỏi việc điều khiển tìm kiếm. ◼ Hệ thống luật sinh (Production system) – Tìm kiếm được điều khiển theo kiểu hướng mẫu – Mô phỏng quá trình giải quyết vấn đề của con người – Tách biệt tri thức và điều khiển – Tách biệt tri thức giải quyết vấn đề khỏi các dữ kiện bài toán cụ thể trong bộ nhớ làm việc ◼ Kiến trúc bảng đen (Blackboard architecture) Chương 5. p.2
3. Giải thuật Đệ Qui cho TK Sâu % Teminating condition % Loop detection % Recusive call Chương 5. p.3
4. Tìm Kiếm Hướng Mẫu Function pattern_search(current_goal); Begin if current_goal closed then - current_goal đồng nhất với return fail kết luận của luật (p ← q): else add current_goal to closed; begin while còn dữ kiện hoặc luật đồng áp dụng phép thế nhất do đồng nhất mục tiêu vào tiền đề (p); begin case pattern_search (p); - current_goal đồng nhất với dữ kiện: if pattern_search thành công return tập phép thế; return hợp của tập - current goal là ¬p: phép thế của p và q; pattern_search(p); else return fail; if pattern_search thất bại end; then return {} . else return fail Chương 5. p.4
5. Tìm Kiếm Hướng Mẫu - current_goal có dạng (p1 ): - current_goal có dạng (p1 ): begin begin for mỗi thành phần p do i repeat cho mỗi pi begin pattern_search(pi); pattern_search(p ); i until không còn thành phần pi if pattern_search thất bại then nào hoặc thành công; return fail; if pattern_search thành công else áp dụng các phép thế vào then return {phép thế}; các pi còn lại; else return fail; end; end; if pattern_search thành công cho return fail; tất cả các pi then End. return hợp của các tập phép thế; else return fail; end; Chương 5. p.5
6. Một số vấn đề về biễu diễn luật – P Q Q  P – If giả thuyết then kết luận Q If P – If điều kiện then hành động Q :- P – If tiền đề then hệ quả Q when P ◼ Đôi khi có một số ràng buộc như: – Không cho phép: p  q r – Không cho phép: p q – Không cho phép: p r  q ◼ Các lượng tử biến được xóa bỏ khi: – Các biến xuất hiện ở cả hai vế của luật kết hợp với lượng tử phổ biến. – Các biến xuất hiện trong tiền đề của luật chỉ kết hợp với lượng tử tồn tại. Chương 5. p.6
7. Định Nghĩa Hệ Thống Luật Sinh ◼ Một hệ thống luật sinh được định nghĩa bởi: – Tập hợp các luật sinh (production rules): mỗi luật sinh có dạng: condition → action – Bộ nhớ làm việc (Working memory): chứa các mô tả về trạng thái hiện hành của ‘thế giới’ trong quá trình suy luận – Chu trình nhận dạng – hành động (recognize-act cycle): là cấu trúc điều khiển của hệ sinh. ◼ Một số khái niệm: - Luật khả thi (enable rule): là luật có các điều kiện đối sánh với các mẫu trong bộ nhớ làm việc. - Tập tranh chấp (conflict set): là tập hợp tất cả các luật khả thi. - Giải quyết tranh chấp (conflict resolution): chọn một luật trong tập tranh chấp để thi hành. Chương 5. p.7
8. Kiến Trúc của Hệ Sinh Production memory Working memory (rules) (data) MATCH Control cycle Conflict Set (enable rules) Changes CONFLICT RESOLUTION EXECUTE (fire rule) Chương 5. p.8
9. Một Hệ Thống Luật Sinh Đơn Giản ◼ Cơ chế điều khiển: lặp lại cho đến khi mẫu trong bộ nhớ làm việc không còn khớp với điều khiển của bất kỳ luật sinh nào. Figure 5.4: Trace of a simple production system. Chương 5. p.9
10. Trò chơi ô đố 8-puzzle (1) puzzle as a production system. production aas puzzle - The 8 The Figure 5.5: 5.5: Figure Chương 5. p.10
11. Trò chơi ô đố 8-puzzle (2) puzzle searched by a production production a by searched puzzle - The 8 The system with loop detection and depth bound 5 bounddepth and detection loop with system Figure 5.6: Figure Chương 5. p.11
12. Trò chơi đường đi quân mã (1) RULE# CONDITION ACTION 1 Quân mã ở ô 1 Di chuyển đến ô 8 2 Quân mã ở ô 1 Di chuyển đến ô 6 3 Quân mã ở ô 2 Di chuyển đến ô 9 4 Quân mã ở ô 2 Di chuyển đến ô 7 5 Quân mã ở ô 3 Di chuyển đến ô 4 6 Quân mã ở ô 3 Di chuyển đến ô 8 Các bước đi hợp lệ 7 Quân mã ở ô 4 Di chuyển đến ô 9 của quân mã 8 Quân mã ở ô 4 Di chuyển đến ô 3 9 Quân mã ở ô 6 Di chuyển đến ô 1 1 2 3 10 Quân mã ở ô 6 Di chuyển đến ô 7 11 Quân mã ở ô 7 Di chuyển đến ô 2 4 5 6 12 Quân mã ở ô 7 Di chuyển đến ô 6 7 8 9 13 Quân mã ở ô 8 Di chuyển đến ô 3 14 Quân mã ở ô 8 Di chuyển đến ô 1 Đánh số các ô trong 15 Quân mã ở ô 9 Di chuyển đến ô 2 bàn cờ 3x3 16 Quân mã ở ô 9 Di chuyển đến ô 4 Chương 5. p.12
13. Trò chơi đường đi quân mã (2) ◼ Cơ chế điều khiển:Áp dụng luật đầu tiên tìm được mà không tạo vòng lặp (không đi lại ô đã đi qua).Cho phép quay lui VD: Tìm 1 con đường để quân mã đi từ vị trí 1 đến vị trí 2 Figure 5.7: A production system solution to the 3 3 knight’s tour problem. Chương 5. p.13
14. Điều Khiển TK Trong Hệ Sinh ◼ Chọn lựa giữa tiếp cận hướng từ dữ liệu hay hướng từ mục tiêu. ◼ Điều khiển được mã hóa trong cấu trúc các luật (tạo khả năng sử dụng heuristic) if engine does not turn over Lưu ý: thứ tự của And the lights don’t come on các điều kiện then check the battery ◼ Cơ chế điều khiển - là phương pháp chọn lựa luật để thi hành: – Khúc xạ (refraction) – Mới xảy ra (recency) – Tính chi tiết (specificity) – Thứ tự các luật được lưu trữ. Chương 5. p.14
15. Tìm Kiếm Hướng Từ Dữ Liệu Figure 5.9: Data-driven search in a production system. Chương 5. p.15
16. Tìm Kiếm Hướng Từ Mục Tiêu Figure 5.10: Goal-driven search in a production system. Chương 5. p.16
17. Cơ Chế Điều khiển ◼ Khúc xạ (refraction): một khi luật được chọn, nó sẽ không được chọn lại cho đến khi các điều kiện của nó trong bộ nhớ làm việc được thay đổi. ◼ Mới xảy ra (recency): chọn những luật khớp với các mẫu được thêm vào gần đây nhất. ◼ Tính chi tiết (specificity): chọn luật có chứa nhiều điều kiện hơn. ◼ Thứ tự các luật được lưu trữ: chọn luật khả thi đầu tiên. Chương 5. p.17
18. Ưu Điểm của Hệ Thống Luật Sinh ◼ Tách biệt rõ ràng giữa tri thức và điều khiển ◼ Cung cấp một Ánh xạ tự nhiên vào TK trên KGTT ◼ Mô-đun hóa các luật sinh ◼ Tìm kiếm được điều khiển theo kiểu hướng mẫu ◼ Tạo cơ hội sử dụng heuristic trong việc điều khiển TK ◼ Cho phép lần vết và diễn giải ◼ Độc lập ngôn ngữ ◼ Là một mô hình hợp lý mô tả việc giải quyết vấn đề của con người. Là một công cụ quan trọng để xây dựng các hệ chuyên gia Chương 5. p.18
19. Kiến Trúc Bảng Đen ◼ Một bảng đen là một cơ sở các dữ liệu toàn cục tập trung cho sự giao tiếp giữa các tài nguyên tri thức không đồng bộ độc lập nhau tập trung vào các khía cạnh liên quan của một vấn đề nào đó. ◼ Các thành phần: KS Bảng đen 1 toàn cục – Bảng đen (blackboard): là một cơ sở dữ liệu tập trung toàn cục KS 2 – Các tài nguyên tri thức (Knowledge Source): độc lập không đồng bộ giao tiếp với nhau thông qua KSi bảng đen. – Bộ lập lịch trình (Scheduler): tổ chức việc cấp tài nguyên và truy cập KSn bảng đen: thể hiện cơ chế điều khiển (focus of attention). Chương 5. p.19
20. Ví dụ Hearsay II ◼ Mục đích: Thông dịch các câu nói với một lượng từ vựng và văn phạm giới hạn, 1000 words, 17 từ có thể theo sau bởi một từ khác ◼ Giải pháp: Tìm kiếm một không gian các phần lời giải được ghi nhận trong một cây phân cấp trừu tượng được thực hiện với một bảng đen. ◼ Tìm kiếm: – tìm kiếm có cơ hội – Trên xuống + dưới lên (đưa ra giả thuyết và kiểm tra) – Cơ chế điều khiển thông qua lập lịch cho các tài nguyên tri thức. (VD: Ban đầu các tài nguyên mức thấp có độ ưu tiên cao hơn, sau đó đến các tài nguyên ở mức cao có độ ưu tiên cao hơn.) Chương 5. p.20
21. Ưu Điểm của Kiến Trúc Bảng đen ◼ Mở rộng của các hệ thống luật sinh: cho phép tổ chức bộ nhớ làm việc vào các module riêng, mỗi module tương ứng với các tập con luật sinh khác nhau. ◼ Cho phép tổ chức và phối hợp nhiều chương trình giải quyết vấn đề trong một cấu trúc toàn cục duy nhất. ◼ Thích hợp cho việc thực thi chương trình trong một môi trường tính toán phân tán, đa bộ xử lý. ◼ Hổ trợ mạnh mẽ cho những ứng dụng tri thức có cấu trúc cao và mang tính cơ hội. Chương 5. p.21